과학2026. 11. 9. 오전 5:33 UTC·2 분 소요

레이저로 공기에 플라즈마 안테나 구현, 전파 방출 성공

노스캐롤라이나주립대 연구진이 레이저로 공기를 이온화해 만든 플라즈마 채널에서 전파를 방출시켰습니다. 위성 안테나의 개념 증명입니다.

A laser beam passing through a metal ring and ionizing air into a glowing plasma channel that acts as a radio antenna. — 이미지: CHIP Polska - Technologie mamy we krwi!

미국 노스캐롤라이나주립대 연구진이 레이저로 공기를 이온화해 안테나를 만들고, 실제로 전파를 방출시키는 데 성공했습니다. 향후 위성용 안테나를 겨냥한 개념 증명 단계의 실험입니다.

작동 원리

핵심은 플라즈마입니다. 플라즈마는 원자나 분자에서 일부 전자가 떨어져 나간 물질 상태를 말합니다. 적절히 조절한 레이저 빔이 공기의 좁은 영역을 이온화하면 플라즈마 채널이 형성됩니다. 이 채널에는 자유 전하 운반체가 있어 전자기장에 반응하며, 특정 조건에서는 안테나 역할을 할 수 있습니다.

프리야 다르시니가 이끄는 연구팀은 이 채널에 무선주파수 에너지를 전달하는 문제도 해결해야 했습니다. 일반 전선은 섬세한 플라즈마 구조를 흐트러뜨릴 수 있어, 레이저 빔을 둘러싸는 금속 고리를 사용했습니다. 용량성 결합을 통해 무선 발생기가 직접 접촉 없이 플라즈마 속 전자에 영향을 주는 방식입니다. 연구진은 빔 변수를 바꿔 안테나의 길이와 방향도 조절할 수 있다고 설명합니다.

실험의 한계

실험에는 30MHz 주파수(파장 약 10m)가 사용됐고, 레이저가 플라즈마를 만들지 않은 경우보다 수신 신호가 2.5배 강했습니다. 다만 수신 안테나는 송신부에서 불과 약 5cm 떨어진 곳에 놓였습니다. 근접장 측정일 뿐 수 km 거리의 통신을 입증한 것은 아닙니다. 이 안테나로 신호를 수신하는 기능도 아직 보이지 못했지만, 연구진은 이를 막는 근본적 장애는 없다고 봅니다.

우주 활용에는 과제가 남아 있습니다. 공동 저자 폴 프랜존에 따르면 저궤도에는 플라즈마를 만들기에 충분한 희박한 기체가 존재합니다. 그러나 밀도가 지상 실험실보다 훨씬 낮아 이온화와 채널 유지 조건이 달라집니다. 또 레이저와 전자장치, 전원, 제어 시스템에 에너지가 필요해, 방사 효율과 에너지 비용 자료 없이는 위성 질량 절감 여부를 판단하기 어렵습니다.

앞으로는 더 먼 거리 신호 전송, 다양한 주파수 대역 동작, 적은 에너지로 안정적인 방출 유지를 입증해야 합니다. 연구 결과는 IEEE Journal of Microwaves에 실렸습니다.